Les systèmes hydrothermaux se concentrent dans les régions du globe où l’on observe un flux thermique important différent du flux thermique moyen local et l’existence de roches perméables ou fracturées. Les rifts, les rides océaniques, les frontières de plaques et les régions de volcanisme récent ou actuel sont des lieux privilégiés pour l’observation des manifestations hydrothermales.
Les systèmes hydrothermaux sont des machines naturelles de transfert d’énergie thermique à l’intérieur de la croûte terrestre. Le fluide caloriporteur qui permet ce transfert, c’est l’eau. Ainsi chaque système hydrothermal est composé d’un volume de roches où les conditions de température, de pression et d’environnement chimique varient continuellement dans lequel on observe : (1) un flux de fluides hydrothermaux, (2) une altération géochimique des roches consécutive aux interactions fluides / roches et (3) des zones de formation de nouveaux minéraux, typiques des hautes températures et des flux importants. Ces trois phénomènes constituent un ensemble appelé : « activité hydrothermale ».
Définition
On appelle « fluide hydrothermal » les solutions naturelles composées de corps (gazeux ou liquide) dans lesquelles les molécules H2O sont prédominantes et dont la température est supérieure à 100 °C.
Les directions de flux au sein du système suivent : (1) l’organisation de la porosité des roches qui peut donner lieu à des circulations latérales et (2) un sens général du bas vers le haut (La densité de l’eau chaude est inférieure à celle de l’eau froide, au sein d’une masse d’eau, les eaux chaudes tendent donc à s’élever.).
Dans le cycle de l’eau, les fluides hydrothermaux se déversent dans des réservoirs aval comme des eaux de surface (lacs ou rivières), des aquifères locaux (alimentations souterraines) ou directement dans l’atmosphère (fumerolles).
Mais qu’en est-il des eaux qui alimentent les systèmes hydrothermaux ?
L’analyse isotopique de la molécule d’eau, l’analyse chimique et isotopique des éléments en solution (éléments majeurs et traces) ou des gaz montrent que dans le cycle de l’eau, plusieurs réservoirs peuvent être à l’origine des eaux qui alimentent les systèmes hydrothermaux :
(1) L’eau de mer et les eaux météoriques (eaux douces continentales).
Explication
Elles pénètrent dans la croûte terrestre perméable et peuvent circuler jusqu’à de grandes profondeurs. La température et la composition chimique (qualité de l’eau) évoluent pendant le transit jusqu’à des degrés divers. Ce sont les interactions entre l’eau et les solides constituant les réservoirs qui engendrent cette évolution.
(2) Les eaux souterraines d’origine sédimentaire.
Explication
Lors de la sédimentation, les eaux douces ou les eaux marines sont piégées dans les interstices des sédiments ou adsorbées sur des minéraux secondaires néoformés comme les argiles. Durant l’étape de compaction, la porosité des sédiments diminue très fortement (certaines porosités dans des vases argileuses qui peuvent atteindre des valeurs maximum de 50 % à l’origine peuvent diminuer pendant la phase de transformation en roche jusqu’à quelques % seulement) et de grands volumes d’eau sont alors libérés. En parallèle, la diagenèse engendre des recristallisations et des cimentations dans la porosité. Ces phénomènes expulsent aussi les eaux interstitielles. Enfin, l’eau de constitution des minéraux hydratés est libérée également durant cette étape.
La source métamorphique est associée aux mêmes mécanismes de libération des eaux. C’est un processus qui prend le relais de la lithification et qui se met en place dans les zones les plus profondes) des (i.e. > 10-15 km). Il n’est pas possible de prélever ces eaux (sauf dans des inclusions fluides).
Définition
Un même élément chimique peut posséder plusieurs états qui diffèrent par un nombre de neutrons différents. Ces différentes formes possèdent les même propriétés électriques mais une masse différente (par exemple l'oxygène existe sous 3 formes principales : 16, 17 et 18 (pour l'ensemble protons + neutrons). L'analyse combinée de ces différentes formes constitue une discipline (la géochimie isotopique) qui permet de caractériser de nombreux processus tant physiques, chimiques et biologiques. Elle permet par exemple de déterminer l'origine d'une eau par l'analyse isotopique de l'oxygène et de l'hydrogène de la molécule H2O.
Définition
Ensemble des changements biochimiques et physico-chimiques affectant un sédiment (dépôt meuble laissé par les eaux, le vent ou tout agent d'érosion ou déposée au fond des masses d'eau par précipitation) après son dépôt. Transformation progressive d'un dépôt en roche.
Définition
Modification à l'état solide des roches sous l'effet de la pression et de la température.Une roche métamorphique présente généralement une structure bien cristallisée avec apparition de nouveaux minéraux (minéraux néoformés) et une texture en feuillets (schistes).
Définition
Processus de transformation d'un sédiment meuble en roche consolidée par compaction et cimentation. Synonyme : diagenèse ou lapidification.
